EP0692359A1 - Vorrichtung zum Spritzgiessen im Sandwich-Verfahren - Google Patents

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EP0692359A1
EP0692359A1 EP95108706A EP95108706A EP0692359A1 EP 0692359 A1 EP0692359 A1 EP 0692359A1 EP 95108706 A EP95108706 A EP 95108706A EP 95108706 A EP95108706 A EP 95108706A EP 0692359 A1 EP0692359 A1 EP 0692359A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
unit
injection unit
hot runner
skin material
main injection
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Granted
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EP95108706A
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English (en)
French (fr)
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EP0692359B1 (de
Inventor
Christoph Dr. Jaroschek
Reinhard Steger
Alexander Gehring
Karlheinz Dr. Bourdon
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ferromatik Milacron Maschinenbau GmbH
Original Assignee
Ferromatik Milacron Maschinenbau GmbH
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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C45/00—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
    • B29C45/16—Making multilayered or multicoloured articles
    • B29C45/1642—Making multilayered or multicoloured articles having a "sandwich" structure
    • B29C45/1645—Injecting skin and core materials from the same injection cylinder, e.g. mono-sandwich moulding

Definitions

  • the present invention relates to injection molding machines and, in particular, to injection molding devices for producing multi-layer plastic articles with a sandwich layer configuration.
  • the sandwich injection molding process allows the production of plastic articles, the cross section of which has a three-layer configuration.
  • the outer "skin” material is one material and the inner “core” structure consists of another material.
  • This construction has often been used for thick-walled components, the cores of which are made of foamed material, as well as in applications in which an inexpensive material can be used for the core of an article (as a replacement for an expensive material) that requires special properties on the surface .
  • the sandwich injection molding process can indeed use recycled material as the core material because it still has adequate physical properties.
  • This construction takes advantage of the fact that the outer (skin) material is relatively thin, which reduces the cost of the injection molded article and minimizes the amount of virgin material.
  • the sandwich configuration is achieved when the two materials are successively conveyed into the mold cavity.
  • the materials are injected under laminar flow conditions, the injected melt immediately begins to solidify when it comes in contact with the mold wall, so that the melt progresses faster in the middle of the flow than the melt near the wall
  • material that is later injected replaces material that was previously injected, particularly in the middle of the flow cross-section, while the melt that contacts the cold mold wall hardens to the article shape and the surface layer of the part remains. If the subsequent melt flow has a second material, the sandwich or three-layer configuration is created.
  • the second (core) material must nevertheless be the subsequent melt flow, which flows through the flow cross section of the material injected first, in order to achieve the sandwich configuration.
  • the injection molding machines designed to produce the sandwich configuration have two injection units which are controlled in such a way that the respective material components are injected into the mold cavity in the desired time sequence.
  • Machines of this type have disadvantages such as the high initial costs of the components required and the associated control capability for the entire operation monitoring, in order to ensure that the volume flow of the material through the nozzle into the cavity is constant when changing from skin to core material becomes.
  • the sandwich molding process does not necessarily require that the two melts be injected at different times using separate injection cylinders. It is also possible to layer the melts in a single cylinder and then to inject this “stacked” melt into the cavity in a single injection process (shot).
  • This process of sandwich molding has the advantage that it allows the injection process to be carried out in the same way as with the standard injection molding process (with only one material).
  • the device for carrying out the mono injection molding process should typically have a standard injection molding machine with a main injection unit, which receives plastic melt from one or more additional plasticizing unit (s).
  • the skin and core material is transferred to the main injection unit in a controlled manner in order to achieve a complete shot of the two layered materials in the desired proportions.
  • the additional plasticizing unit can be a non-reciprocating screw extruder which is connected to a main injection unit having a reciprocating injection screw.
  • the additional unit could be a second reciprocating injection screw, the screw working in the usual way to feed material into the main injection unit to transport; or two extruders that feed an injection plenum.
  • An object of the present invention is to provide a device of simplified and economical design, which is capable of producing articles using the sandwich injection molding process.
  • This object is achieved in that a standard injection molding machine is combined with an additional plasticizing unit which has a hot runner distributor which can alternately be connected to or separated from the main injection unit of the machine.
  • the skin material is conveyed from a non-reciprocating screw extruder through a hot runner distributor directly into the nozzle / screw cylinder of the injection unit of the machine.
  • the hot runner manifold is connected directly to the extruder die where it essentially forms an extension of the extrusion barrel.
  • Preparation for the injection process begins when the injection unit is withdrawn from the mold after the previous injection cycle has ended. In particular, the unit is retracted far enough to allow connection to the extruder hot runner manifold.
  • the hot runner manifold is brought into position together with the extruder in order to finally achieve a liquid-tight connection with the nozzle of the injection unit.
  • the extruder conveys the plasticized skin material through the hot runner into the cylinder of the injection unit, passing through the injection nozzle of the unit.
  • the injection unit is then separated from the hot runner, the hot runner is moved (with the extruder) away from the injection unit and the Injection unit moves back to the position to inject into the mold.
  • the injection unit plasticizes enough core material to complete the layered arrangement of skin and core material in the amount necessary for sandwich molding.
  • the extruder for the sandwich molding device can be arranged vertically (90 ° to the injection unit), so that the hot runner is also moved vertically to connect to the Manufacture injection unit.
  • the extruder can also be oriented such that it is rotated into a position which is approximately parallel to the injection, the hot runner distributor being accordingly positioned in front of the injection unit when the unit is withdrawn so that the material transfer can be initiated.
  • the sandwich molding device has a storage space for conveying a certain amount of the skin material into the mold and for carrying out the packing and holding functions of the injection cycle.
  • the storage space is connected to the extruder via a suitable valve, so that a certain amount of the skin material is conveyed into the storage space as soon as the first amount of skin material has been conveyed into the screw cylinder of the injection unit.
  • the injection unit begins to plasticize the desired amount of the core material.
  • the storage space is connected to the injection cavity of the mold cavity by suitable means so that after the injection unit has filled the mold cavity with the first charge, the storage space can convey a small amount of skin material to ensure that the core material is completely off the skin -Material is enclosed and that the cavity is completely filled.
  • the connected valve furthermore, allows the storage space (accumulator) to maintain the desired pressure on the material of the mold, while at the same time enabling the injection unit to receive skin material from the extruder for the next injection cycle.
  • FIG. 1 shows a two-part mold 10 with a mold cavity 12 for receiving molten plastic material from an injection unit 18 in order to produce a plastic article with a sandwich confection.
  • the two parts of the mold 10 are on a stationary plate 4 and a movable platen 6 mounted.
  • the stationary platen 4, the movable platen 8 and the injection unit 18 are arranged on a common machine bed 8.
  • the mold construction has a sprue 14 which is connected to a nozzle 16 on the injection unit 18 when material is injected into the mold cavity 12.
  • the nozzle 16 is equipped with a non-return valve (not shown) of a known type.
  • the main injection unit 18 has a cylinder 20 with a screw conveyor 23 of a type typical for injection molding.
  • the screw conveyor 22 is controlled so that it can be moved back and forth in the cylinder 20 to plasticize the plastic and mold it into the mold 10 to inject.
  • the injection unit 18 is provided with means such as a hydraulic cylinder (not shown) to move the unit linearly towards the mold 10 or to move it away from the mold 10. In particular, the injection unit 18 is moved against the mold 10 for injection, then it is withdrawn from the mold 10 and the stationary platen 4 so that the skin material can be conveyed into the cylinder 20 of the injection unit.
  • An additional plasticizing unit 24 is mounted next to the injection unit 18 either on the stationary platen 4 or the machine bed 8, which depends on the desired machine configuration.
  • the additional unit 24 is a non-reciprocating extruder to achieve a more economical device; however, it can also be a second reciprocable screw injection unit, if desired.
  • Connected to the end of the additional plasticizing unit 24 is a hot runner manifold 26.
  • the additional unit 24 is mounted on the stationary platen 4 so that it can be moved along a line that is perpendicular to the injection unit 18. This orientation of the additional unit 24 facilitates their positioning so that the hot runner manifold 26 clean in front of the injection unit 18th is aligned, which enables a direct connection to the nozzle 16.
  • the injection unit 18 is withdrawn into a rearward position (FIG. 1a), which creates a free space between the stationary platen 4 and the nozzle 16.
  • the additional unit 24 is then moved downward so that the hot runner manifold 26 is arranged in front of the injection unit 18.
  • the nozzle 16 of the injection unit 18 then moves against the hot runner manifold 26 to establish a liquid-tight connection between the injection unit 18 and the additional unit 24.
  • the additional unit 24 is then activated to convey plasticized material via the hot runner manifold 26, through the nozzle 16 into the front end of the cylinder 20 of the injection unit 18, whereby the screw 22 is moved rearward within the cylinder.
  • the pumping of the skin material from the additional unit takes until a sufficient volume, defined by the molded part geometry, has been pumped (see FIG. 1b).
  • the injection unit 18 plasticizes a sufficient amount of the core material by rotating and moving the screw conveyor 22 back in a conventional manner so that the melt is prepared for a shot. Simultaneously with the plasticizing function, the injection unit 18 detaches from the additional unit 24 by pulling it back. The additional unit 24 moves upward, so that the injection unit 18 can now be moved freely into a position in which the nozzle 16 communicates with the sprue 14 of the mold 10. The injection unit 18 then injects the accumulated shot of core and skin material into the mold 10 by moving the screw conveyor 22 forward in a manner typical of an injection process.
  • FIG. It differs only slightly from the structure as shown in Figure 1.
  • the additional unit 24 is mounted instead of in a vertical orientation as in FIG. 1 in such a way that it can be arranged parallel to the main injection unit 18 during its material delivery function.
  • the additional unit 24 and the hot runner manifold 26 are pivoted from a position in which the additional unit 24 and the main injection unit 18 are connected to one another in a position which gives the main injection unit 18 sufficient space when it backwards and forwards with respect to the stationary platen 4 is moved.
  • the operation of the alternative device according to FIG. 2 is very similar to that shown in FIG. 1.
  • the main difference lies in the way the additional unit 24 and the hot runner manifold 26 are moved in and out of position with respect to the main injection unit 18 to allow the delivery of the skin material.
  • the additional unit 24 and the hot runner manifold 26 are pivoted into position so that the nozzle 16 of the main injection unit 18 is connected to the hot runner manifold 26 ( Figure 2b). This connection then enables the skin material to be conveyed from the additional unit 24 through the hot runner distributor 26 into the cylinder space 20 of the injection unit 18.
  • the hot runner distributor 26 and the additional unit 24 are pivoted into the release position and the main Injection unit plasticizes the desired amount of core material as it is moved into position against the mold ( Figure 2c). Once the full melt charge has been accumulated, the injection unit 18 is ready to inject the layered plastic melt into the mold cavity 12, forming the desired sandwich configuration of the molded article.
  • the injection cycle includes time for filling and packing the mold cavity 12.
  • the injection unit 18 is withdrawn, so that the hot runner distributor 26 as described above can be connected to allow the delivery of the skin material into the injection unit 18 and build up material for the shot of the next cycle.
  • different parts of the operating cycle overlap to minimize the total cycle time. For example, after the skin material has been fed into the injection unit 18 from the additional unit 24, the plasticization of the core material would occur simultaneously with the withdrawal of the hot runner manifold 26 and the subsequent movement of the injection unit 18 onto the mold 10. It is clear that in most cases the necessary functions overlap each other sufficiently that dead time within the cycle is excluded or at least minimal.
  • FIGS. 3 and 4 The device according to an alternative embodiment of the present invention is shown in FIGS. 3 and 4.
  • the main feature of this embodiment is the addition of a storage space 28 and a flow control valve 30.
  • the valve 30 in conjunction with suitable lines enables the storage space 28 to be connected to the additional plasticizing unit 24 and the mold cavity 12 via the sprue 14.
  • the storage space 28 has the function of conveying a certain amount of skin material into the mold 10 after the layered material has been injected by the main injection unit 18.
  • the storage space 28 can be used to perform the packing and holding functions at the end of the injection cycle, which allows greater flexibility in the sequence of the elements of the injection cycle.
  • skin material is conveyed into the storage space 28 by the additional unit 24 after the desired amount of skin material has been fed into the injection unit 18.
  • the valve 30 is actuated in order to produce a material flow from the additional unit 24 to the storage space 28.
  • the injection unit 18 can begin to plasticize the desired amount of core material.
  • the material transfer into the storage space 28 could take place simultaneously with the delivery into the injection unit 18 or, with the aid of a suitable valve, the delivery could be delayed so that skin material into the storage space 28 through the injection unit 18 is promoted simultaneously with the injection into the mold. In the latter case, it is important to regulate the flow rate into the storage space 28 in order to maintain the desired injection pressure profile on the mold.
  • the storage space 28 is also connected to the mold cavity 12.
  • the valve 30 is actuated to establish the necessary connection, and the storage space 28 now takes over the function, the mold cavity 10 with one to pack a small load of skin material.
  • This last injection through the storage space 28 ensures not only that the mold cavity 12 contains a fully molded article, but also that the core material is completely enclosed by the skin material.
  • the function of the storage space 28 continues even after the injection by maintaining the mold pressure as the molded article cools. Since the pressure is maintained by the storage space 28, the injection unit 18 is again free to receive skin material from the additional unit in preparation for the next work cycle.

Abstract

Eine Standard-Spritzgießmaschine ist kombiniert mit einer zusätzlichen Plastifiziereinheit (24), die einen Heißkanalverteiler (26) aufweist, der alternativ mit der Haupt-Einspritzeinheit (18) der Spritzgießmaschine verbunden oder von dieser gelöst werden kann, um Sandwich-Molding auszuführen. Die Einspritzeinheit (18) wird von der Form zurückgezogen, um mit dem Heißkanalverteiler (26) verbunden zu werden und erhält Haut-Material von einem nicht hin- und herbewegbaren Schneckenextruder direkt in den Zylinder (20) der Einspritzeinheit (18). Die Einspritzeinheit wird dann von dem Heißkanalverteiler (26) gelöst und in die Position zum Einspritzen in die Form zurückbewegt. Gleichzeitig mit dieser Bewegung plastifiziert die Einspritzeinheit (18) genügend Kern-Material, um das geschichtete Arrangement von Haut- und Kern-Material, welches für das Sandwich-Molding notwendig ist, zu vervollständigen. In einer alternativen Ausführungsform weist die Sandwich-Molding-Vorrichtung einen Speicherraum (28) mit einem geeigneten Ventil (30) und Verbindungen zu anderen Komponenten auf, um eine bestimmte Menge von Haut-Material in die Form zu fördern und um die Pack- und Haltefunktionen des Einspritzzyklus zu übernehmen. <IMAGE>

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft Spritzgießmaschinen und insbesondere Spritzgieß-Vorrichtungen zur Herstellung von mehrschichtigen Kunststoff-Artikeln mit einer Sandwich-Schichtkonfiguration.
    • Stand der Technik
  • Das Sandwich-Spritzgießverfahren erlaubt die Herstellung von Kunststoffartikeln, deren Querschnitt eine drei-schichtige Konfiguration aufweist. Das äußere "Haut"-Material ist dabei das eine Material und die innere " Kern"-Struktur besteht aus einem anderen Material. Diese Konstruktion ist oft für dickwandige Komponenten benutzt worden, deren Kerne aus geschäumten Material bestehen, sowie in Anwendungen, bei denen ein preiswertes Material für den Kern eines Artikels (als Ersatz für ein teueres Material) gebraucht werden kann, der spezieller Eigenschaften an der Oberfläche bedarf.
  • In letzter Zeit ist eine gestiegene Wertlegung auf Recycling festzustellen, die viele Spritzgießer veranlaßt hat, nach Wegen zur Verwendung von recycliertem Material zu suchen.
  • Das Sandwich-Spritzgieß-Verfahren kann in der Tat Recycling-Material als Kern-Material verwenden, da es noch adäquate physikalische Eigenschaften besitzt. Diese Konstruktion erhält ihren Vorteil durch die Tatsache, daß das äußere (Haut)-Material relativ dünn ist, wodurch die Kosten des Spritzgieß-Artikels reduziert werden und der Anteil an jungfräulichem Material minimiert werden kann.
  • Vom Materialverarbeitungs-Gesichtspunkt wird die Sandwich-Konfiguration erreicht, wenn die beiden Materialien nacheinander in die Formkavität gefördert werden. Wenn die Materialien unter laminaren Fließbedingungen eingespritzt werden, beginnt die eingespritzte Schmelze unverzüglich zu verfestigen, wenn sie in Kontakt mit der Formwerkzeugwand gekommen ist, so daß die Schmelze in der Mitte der Strömung schneller vorwärts schreitet als die Schmelze in der Nähe der Wand
  • Somit ersetzt Material, das später eingespritzt wird, Material, das früher eingespritzt worden ist, insbesondere in der Mitte des Fließquerschnitts, während die Schmelze, die die kalte Formwand berührt, zur Artikelform aushärtet und die Oberflächenschicht des Teils bleibt. Wenn der nachfolgende Schmelzestrom ein zweites Material aufweist, ist die Sandwich- oder Drei-Schicht-Konfiguration geschaffen.
  • Wegen des Erfordernisses der laminaren Strömung ist es nicht möglich, eine Sandwich-Konfiguration im Spritzgießverfahren herzustellen, in welcher beide Schmelzen zur selben Zeit in die Kavität eingebracht werden.
  • Simultane Einspritzung würde zu einer unakzeptablen Oberfläche führen, da das Kernmaterial die Wände der Formkavität berühren und sich mit dem Haut-Material der Oberfläche des Spritzgieß-Artikels vermischen würde. Um eine saubere Oberflächenschicht zu gewährleisten, wird das Haut-Material bei der Sandwich-Spritzgieß-Methode immer zuerst eingespritzt; dann folgt das Kern-Material mit kurzer zeitlicher Verzögerung. Die Einspritzüberlappung der beiden Materialien ist notwendig, um zu verhindern, daß die Schmelzefließfront augenblicklich stoppt, was zu Oberflächenfehlern ( sogenannten Bindenähten ) führen würde.
  • Bei diesem Typ der zeitlichen Abfolge ist es unerheblich, ob die Schmelzen in einer konzentrischen oder parallelen Düse zusammengeführt werden. In jedem Fall muß trotzdem das zweite (Kern-) Material der nachfolgende Schmelzestrom sein, der durch den Strömungsquerschnitt des zuerst eingespritzten Materials fließt, um die Sandwich-Konfiguration zu erreichen.
  • Typischerweise weisen die zur Herstellung der Sandwich-Konfiguration konzipierten Spritzgieß-Maschinen zwei Einspritz-Einheiten auf, die so gesteuert sind, daß die jeweiligen Materialkomponenten in der gewünschten Zeitabfolge in die Formkavität eingespritzt werden. Maschinen dieses Typs weisen Nachteile wie die hohen Anfangskosten der benötigten Komponenten sowie die damit einhergehende Steuerungsfähigkeit für die gesamte Operationsüberwachung auf, um zu gewährleisten, daß der Volumenstrom des Materials durch die Düse in die Kavität konstant ist, wenn von Haut- zu Kern-Material gewechselt wird. In jüngster Zeit wurde entdeckt, daß das Sandwich-Molding-Verfahren nicht notwendigerweise erfordert, daß die beiden Schmelzen zu verschiedenen Zeiten mit Hilfe separater Einspritzzylinder eingespritzt werden müssen. Es ist auch möglich, die Schmelzen in einem einzigen Zylinder zu schichten und dann diese "gestapelte" Schmelze in einem einzigen Injektionsvorgang (Schuß) in die Kavität einzuspritzen. Dieses Verfahren des Sandwich-Molding hat den Vorteil, daß es erlaubt, den Einspritz-Prozeß in derselben Weise durchzuführen wie beim Standard-Spritzgieß-Verfahren (mit nur einem Material).
  • Die Vorrichtung zur Durchführung des Mono-Spritzgieß-Verfahrens soll typischerweise eine Standard-Spritzgießmaschine mit einer Haupt-Einspritz-Einheit aufweisen, die Kunststoffschmelze von einer oder mehreren zusätzlichen Plastifizier-Einheit(en) erhält. Die Übergabe des Haut- und Kern-Materials in die Haupt-Einspritz-Einheit erfolgt gesteuert, um einen vollständigen Schuß der beiden geschichteten Materialien in den gewünschten Proportionen zu erreichen. Für dieses Verfahren kann die zusätzliche Plastifizier-Einheit ein nicht hin- und herbeweglicher Schneckenextruder sein, welcher mit einer eine hin- und herbewegliche Einspritzschnecke aufweisenden Haupt-Einspritz-Einheit verbunden ist.
  • Alternativ könnte die zusätzliche Einheit ( Hilfseinheit ) eine zweite hin- und herbewegliche Einspritzschnecke sein, wobei die Schnecke in üblicher Weise arbeitet, um Material in die Haupt-Einspritz-Einheit zu transportieren; oder zwei Extruder, die einen Einspritzsammelraum beschicken.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, eine Vorrichtung von vereinfachter und ökonomischer Bauart anzugeben, die in der Lage ist, Artikel im Sandwich-Spritzgieß-Verfahren herzustellen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Standard-Spritzgieß-Maschine mit einer zusätzlichen Plastifiziereinheit kombiniert wird, die einen Heißkanalverteiler aufweist, der abwechselnd mit der Haupt-Einspritz-Einheit der Maschine verbunden oder von dieser getrennt werden kann.
  • In der bevorzugten Ausführungsform wird das Haut-Material von einem nicht hin- und herbewegbaren Schneckenextruder durch einen Heißkanalverteiler direkt in die Düse/Schneckenzylinder der Einspritzeinheit der Maschine gefördert. Der Heißkanalverteiler ist direkt mit dem Extrudermundstück verbunden, wo er im wesentlichen eine Verlängerung des Extrusionszylinders bildet.
  • Die Vorbereitung für den Einspritzvorgang beginnt mit dem Zurückziehen der Einspritzeinheit vom Formwerkzeug weg, nachdem der vorherige Einspritzzyklus beendet ist. Insbesondere wird die Einheit ausreichend weit zurückgezogen, um die Verbindung mit dem Heißkanalverteiler des Extruders zu erlauben.
  • Der Heißkanalverteiler wird zusammen mit dem Extruder in Position gebracht, um schließlich eine flüssigkeitsdichte Verbindung mit der Düse der Einspritzeinheit zu erreichen.
  • Um einen vollen Schuß des Haut- und Kern-Materials zum Sandwich-Spritzgießen eines Artikels aufzubauen, fördert der Extruder das plastifizierte Haut-Material durch den Heißkanal in den Zylinder der Einspritzeinheit, wobei es die Einspritzdüse der Einheit passiert. Die Einspritzeinheit wird dann von dem Heißkanal getrennt, der Heißkanal wird (mit dem Extruder) von der Einspritzeinheit weg bewegt und die Einspritzeinheit bewegt sich zurück in die Position zum Einspritzen in die Form. Simultan mit der Bewegung der Komponenten, nachdem das Haut-Material übergeben worden ist, plastifiziert die Einspritz-Einheit genügend Kern-Material, um das geschichtete Arrangement von Haut- und Kern-Material in der für das Sandwich-Molding notwendigen Menge zu vervollständigen. Abhängig von der Gestalt der Einheit und des für die Maschine zur Verfügung stehenden Arbeitsraumes, kann der Extruder für die Sandwich-Molding-Vorrichtung vertikal angeordnet sein (90° zur Einspritzeinheit ), so daß der Heißkanal ebenfalls vertikal bewegt wird, um die Verbindung mit der Einspritz-Einheit herzustellen.
  • Alternativ kann der Extruder aber auch derart orientiert sein, daß er in eine Position gedreht ist, die annähernd parallel zur Einspritzung ist, wobei der Heißkanalverteiler entsprechend vor der Einspritz-Einheit positioniert ist, wenn die Einheit zurückgezogen ist, damit der Materialtransfer eingeleitet werden kann.
  • Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung weist die Sandwich-Molding-Vorrichtung einen Speicherraum zur Förderung einer bestimmten Menge des Haut-Materials in die Form auf, sowie zur Ausführung der Pack- und Haltefunktionen des Einspritzzyklus. Insbesondere ist der Speicherraum über ein geeignetes Ventil mit dem Extruder verbunden, so daß eine bestimmte Menge des Haut-Materials sofort dann in den Speicherraum gefördert wird, wenn die erste Menge des Haut-Materials in den Schneckenzylinder der Einspritz-Einheit gefördert worden ist. Sobald das Ventil schaltet, um den Speicherraum zu füllen, beginnt die Einspritzeinheit die gewünschte Menge des Kernmaterials zu plastifizieren. Der Speicherraum ist mit Hilfe geeigneter Mittel mit dem Einspritzkanal der Formkavität verbunden, so daß nachdem die Einspritzeinheit die Formkavität mit der ersten Ladung gefüllt hat der Speicherraum eine kleine Menge von Haut-Material fördern kann, um sicherzustellen, daß das Kern-Material vollständig vom Haut-Material umschlossen ist und daß die Kavität vollständig gefüllt ist. Das angeschlossene Ventil erlaubt darüberhinaus, daß der Speicherraum (Akkumulator) den gewünschten Druck auf das Material der Form aufrechterhält, während gleichzeitig die Einspritzeinheit in die Lage versetzt wird, Haut-Material vom Extruder für den nächsten Einspritzzyklus zu erhalten.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand von Zeichnungen dargestellt und erläutert.
  • Es zeigen:
    • Fig.1 a-c:
    schematisch in Seitenansicht ( teilweise im Schnitt ) eine Spritzgießvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer Haupt-Einspritzeinheit und einer vertikal angeordneten zusätzlichen Plastifiziereinheit in verschiedenen Verfahrenszuständen,
    Fig.2 a-c:
    zeigt wie Figur 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung, wobei bei dieser Ausführungsform die zusätzliche Plastifziereinheit eine andere Orientierung aufweist als in der Darstellung gemäß Figur 1,
    Fig.3
    zeigt einen schematischen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit einer Haupteinspritzeinheit, einer zusätzlichen Plastifiziereinheit und einem Speicherraum,
    Fig.4 a-c:
    zeigt schematisch einen Schnitt durch den Speicherraum und das angeschlossene Ventil in zur Figur 3 vergrößerter Darstellung.
  • Die Figur 1 zeigt ein zweiteiliges Formwerkzeug 10 mit einer Formkavität 12 zur Aufnahme von geschmolzenem Kunststoffmaterial aus einer Einspritzeinheit 18, um einen Kunststoffartikel mit einer Sandwich-Konfugiration herzustellen. Die beiden Teile des Formwerkzeugs 10 sind an einer stationären Platte 4 und einer beweglichen Formaufspannplatte 6 montiert. Die stationäre Formaufspannplatte 4, die bewegliche Formaufspannplatte 8 und die Einspritzeinheit 18 sind auf einem gemeinsamen Maschinenbett 8 angeordnet. Die Formwerkzeugkonstruktion weist einen Angußkanal 14 auf, welcher mit einer Düse 16 an der Einspritzeinheit 18 verbunden ist, wenn Material in die Formkavität 12 eingespritzt wird. Die Düse 16 ist mit einer Rückströmsperre ( nicht dargestellt ) von bekannter Art ausgerüstet.
  • Die Haupt-Einspritzeinheit 18 weist einen Zylinder 20 auf, mit einer Förderschnecke 23 von beim Spritzgießen typischer Art. Die Förderschnecke 22 ist so gesteuert, daß sie im Zylinder 20 hin- und herbewegbar ist, um den Kunststoff zu plastifizieren und ihn in die Form 10 einzuspritzen. Die Einspritzeinheit 18 ist mit Mitteln ausgestattet wie zum Beispiel mit einem hydraulischen Zylinder ( nicht dargestellt ), um die Einheit linear auf die Form 10 zuzubewegen bzw. sie von dieser wegzubewegen. Insbesondere wird die Einspritzeinheit 18 gegen die Form 10 zum Einspritzen bewegt, dann wird sie von der Form 10 und der stationären Formaufspannplatte 4 zurückgezogen, so daß das Haut-Material in den Zylinder 20 der Einspritzeinheit gefördert werden kann.
  • Eine zusätzliche Plastifziereinheit 24 ist neben der Einspritzeinheit 18 entweder an der stationären Formaufspannplatte 4 oder dem Maschinenbett 8 montiert, was abhängig ist von der gewünschten Maschinenkonfiguration. Bevorzugt ist die zusätzliche Einheit 24 ein nicht hin- und herbewegbarer Extruder, um eine wirtschaftlichere Vorrichtung zu erreichen; es kann sich jedoch auch um eine zweite hin- und herbewegbare Schneckeneinspritzeinheit handeln, wenn dies gewünscht wird. Angeschlossen an das Ende der zusätzlichen Plastifiziereinheit 24 ist ein Heißkanalverteiler 26. Wie aus Figur 1 hervorgeht, ist die zusätzliche Einheit 24 an der stationären Formaufspannplatte 4 montiert, so daß sie entlang einer Linie bewegbar ist, die senkrecht ist zur Einspritzeinheit 18. Diese Orientierung der zusätzlichen Einheit 24 erleichtert ihre Positionierung, so daß der Heißkanalverteiler 26 sauber vor der Einspritzeinheit 18 fluchtet, wodurch eine direkte Verbindung mit der Düse 16 ermöglicht wird.
  • Ein Arbeitszyklus wird nun anhand der Ausführungsform aus Figur 1 beschrieben. Die Einspritzeinheit 18 ist in eine rückwärtige Position ( Figur 1a ) zurückgezogen, wodurch ein Freiraum zwischen der stationären Formaufspannplatte 4 und der Düse 16 entsteht. Die zusätzliche Einheit 24 wird dann nach unten bewegt, so daß der Heißkanalverteiler 26 vor der Einspritzeinheit 18 angeordnet ist. Die Düse 16 der Einspritzeinheit 18 bewegt sich dann gegen den Heißkanalverteiler 26, um eine flüssigkeitsdichte Verbindung zwischen der Einspritzeinheit 18 und der zusätzlichen Einheit 24 herzustellen. Die zusätzliche Einheit 24 wird dann aktiviert, um plastifiziertes Material über den Heißkanalverteiler 26, durch die Düse 16 in das vordere Ende des Zylinders 20 der Einspritzeinheit 18 zu fördern, wodurch die Schnecke 22 innerhalb des Zylinders nach hinten bewegt wird. Die Förderung des Haut-Materials von der zusätzlichen Einheit dauert so lange, bis ein ausreichendes Volumen, definiert durch die Spritzlings-Geometrie gefördert worden ist, (siehe Figur 1b).
  • Wenn die Förderung des Haut-Materials abgeschlossen ist, plastifiziert die Einspritzeinheit 18 eine ausreichende Menge des Kern-Materials durch Rotation und Zurückbewegung der Förderschnecke 22 in konventioneller Art und Weise, so daß Schmelze für einen Schuß vorbereitet ist. Gleichzeitig mit der Plastifizierungsfunktion löst sich die Einspritzeinheit 18 von der zusätzlichen Einheit 24, indem sie zurückgezogen wird. Die zusätzliche Einheit 24 bewegt sich nach oben, so daß die Einspritzeinheit 18 nun ungehindert in eine Position nach vorne bewegt werden kann, in der die Düse 16 mit dem Angußkanal 14 der Form 10 kommuniziert. Die Einspritzeinheit 18 spritzt dann den angesammelten Schuß von Kern- und Haut-Material in die Form 10 ein und zwar dadurch, daß die Förderschnecke 22 in einer für einen Einspritzprozeß typischen Art und Weise nach vorne bewegt wird.
  • Die Vorrichtung der bevorzugten Ausführungsform in einer alternativen Konfugiration ist in Figur 2 dargestellt. Sie unterscheidet sich lediglich leicht von der Struktur wie in Figur 1 dargestellt ist. Insbesondere ist die zusätzliche Einheit 24 anstatt in vertikaler Orientierung wie in Figur 1 in einer Weise montiert, daß sie parallel zur Haupteinspritzeinheit 18 während ihrer Materialförderfunktion angeordnet sein kann. Die zusätzliche Einheit 24 und der Heißkanalverteiler 26 wird von einer Position verschwenkt, in der die zusätzliche Einheit 24 und die Haupteinspritzeinheit 18 miteinander verbunden sind in eine Position, die der Haupteinspritzeinheit 18 genügend Platz gibt, wenn sie zurück und nach vorne bezüglich der stationären Formaufspannplatte 4 bewegt wird.
  • Demgemäß ist die Operationsweise der alternativen Vorrichtung gemäß Figur 2 sehr ähnlich der in Figur 1 gezeigten. Der Hauptunterschied liegt in der Art und Weise, wie die zusätzliche Einheit 24 und der Heißkanalverteiler 26 in und außer Position bezüglich der Haupt-Einspritzeinheit 18 bewegt wird, um die Förderung des Haut-Materials zu erlauben. Insbesondere wenn die Einspritzeinheit von der Form ( Figur 2a) zurückgezogen ist, wird die zusätzliche Einheit 24 und der Heißkanalverteiler 26 in Position verschwenkt, so daß die Düse 16 der Haupt-Einspritzeinheit 18 mit dem Heißkanalverteiler 26 verbunden ist ( Figur 2b ). Diese Verbindung ermöglicht dann die Förderung des Haut-Materials von der zusätzlichen Einheit 24 durch den Heißkanalverteiler 26 in den Zylinderraum 20 der Einspritzeinheit 18. Wenn genügend Material gefördert worden ist, werden Heißkanalverteiler 26 und die zusätzliche Einheit 24 in die Freigabeposition verschwenkt und die Haupt-Einspritzeinheit plastifiziert die gewünschte Menge Kern-Material, während sie in die Position an die Form heranbewegt wird ( Figur 2c ). Sobald die vollständige Schmelzeladung angesammelt worden ist, ist die Einspritzeinheit 18 bereit, die geschichtete Kunststoffschmelze in die Formkavität 12 einzuspritzen, wobei die gewünschte Sandwich-Konfiguration des gespritzten Artikels geformt wird.
  • Sowohl mit der Vorrichtung gemäß Figur 1 als auch mit der gemäß Figur 2 beinhaltet der Einspritzzyklus Zeit zum Füllen und Packen der Formkavität 12. Sobald das Material im Angußkanal 14 ausreichend erstarrt ist, wird die Einspritzeinheit 18 zurückgezogen, so daß der Heißkanalverteiler 26 wie oben beschrieben verbunden werden kann, um die Förderung des Haut-Materials in die Einspritzeinheit 18 zu ermöglichen und Material für den Schuß des nächsten Zyklusses aufzubauen. Selbstverständlich für Spritzgießfachleute überlappen sich verschiedene Teile des Operationszyklus, um die totale Zykluszeit zu minimieren. Zum Beispiel würde, nachdem das Haut-Material von der zusätzlichen Einheit 24 in die Einspritzeinheit 18 gefördert worden ist, die Plastifizierung des Kern-Materials gleichzeitig mit dem Zurückziehen des Heißkanalverteilers 26 und die nachfolgende Bewegung der Einspritzeinheit 18 auf die Form 10 zu passieren. Es ist klar, daß in den meisten Fällen die notwendigen Funktionen in ausreichender Weise einander überlappen, so daß die Totzeit innerhalb des Zyklus ausgeschlossen oder zumindest minimal ist.
  • Die Vorrichtung gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in den Figuren 3 und 4 dargestellt. Das Hauptmerkmal dieser Ausführungsform ist die Hinzufügung eines Speicherraumes 28 und eines strömungsregelungsventils 30. Das Ventil 30 in Verbindung mit geeigneten Leitungen ermöglicht die Verbindung des Speicherraumes 28 mit der zusätzlichen Plastifiziereinheit 24 und der Formkavität 12 über den Angußkanal 14.
  • Der Speicherraum 28 hat die Funktion, eine gewisse Menge von Haut-Material in die Form 10 nach dem Einspritzen des geschichteten Materials durch die Haupt-Einspritzeinheit 18 zu fördern. Zusätzlich kann der Speicherraum 28 dazu benutzt werden, die Pack- und Haltefunktionen am Ende des Einspritzzyklus zu erfüllen, wodurch eine größere Flexibilität in der Aufeinanderfolge der Elemente des Einspritzzyklus ermöglicht ist. In der Vorbereitung zur Ausführung der gewünschten Funktionen wird Haut-Material in den Speicherraum 28 durch die zusätzliche Einheit 24 gefördert, nachdem die gewünschte Menge des Haut-Materials in die Einspritzeinheit 18 gefördert worden ist. Insbesondere nach dem vollständigen Materialtransfer in die Einspritzeinheit 18 wird das Ventil 30 betätigt, um einen Materialfluß von der zusätzlichen Einheit 24 zum Speicherraum 28 herzustellen. Sobald die Förderung des Haut-Materials zum Speicherraum 28 beendet ist, kann die Einspritzeinheit 18 damit beginnen die gewünschte Menge Kern-Material zu plastifizieren. Alternativ, wenn das Zyklustiming es erlaubt, könnte der Materialtransfer in den Speicherraum 28 gleichzeitig mit der Förderung in die Einspritzeinheit 18 stattfinden oder, mit Hilfe eines geeigneten Ventils, könnte die Förderung verzögert werden, so daß Haut-Material in den Speicherraum 28 durch die Einspritzeinheit 18 gleichzeitig mit der Einspritzung in die Form gefördert wird. Im letzteren Fall ist es wichtig, die Flußrate in den Speicherraum 28 zu regeln, um das gewünschte Einspritzdruckprofil an der Form aufrechtzuerhalten.
  • Wie oben bereits ausgeführt, ist der Speicherraum 28 ebenfalls mit der Formkavität 12 verbunden. Nachdem die Einspritzeinheit 18 die erste Ladung von Haut- und Kern-Material eingespritzt hat, um die Formkavität 10 zu füllen, wird das Ventil 30 betätigt, um die notwendige Verbindung aufzubauen, und der Speicherraum 28 übernimmt nun die Funktion, die Formkavität 10 mit einer kleinen Ladung von Haut-Material zu packen. Diese letzte Einspritzung durch den Speicherraum 28 gewährleistet nicht nur, daß die Formkavität 12 einen voll ausgeformten Artikel beeinhaltet, sondern ebenfalls, daß das Kern-Material vollständig durch das Haut-Material umschlossen ist. Die Funktion des Speicherraums 28 dauert auch nach der Einspritzung an, indem der Forminnendruck aufrechterhalten wird, während der gespritzte Artikel abkühlt. Da der Druck durch den Speicherraum 28 gehalten wird, ist die Einspritzeinheit 18 wieder frei für den Empfang von Haut-Material von der zusätzlichen Einheit zur Vorbereitung des nächsten Arbeitszyklus.
  • Während die Erfindung im Detail gemäß der bevorzugten Ausführungsform in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist und während verschiedene Formen der bevorzugten Ausführungsform im Detail beschrieben worden sind, versteht es sich, daß die Erfindung nicht auf diese Details beschränkt ist. Im Gegenteil beinhaltet die Erfindung alle Modifikationen, Veränderungen und Äquivalente, welche unter den Geist und den Umfang der folgenden Ansprüche fallen.

Claims (5)

  1. Vorrichtung zum Spritzgießen eines Kunststoffartikels in einer Formkavität, wobei der spritzgegossene Artikel eine Sandwich-Schichtkonfiguration aufweist, welche eine äußere Oberfläche eines Haut-Materials aufweist, das ein inneres Kern-Material umgibt, mit einer Haupt-Einspritzeinheit (18), die eine hin- und herbewegbare Förderschnecke (22) zur Plastifizierung des Kern-Materials, einer zusätzlichen Einheit (24) zur Plastifizierung des Haut-Materials, einem Heißkanalverteiler (26), welcher mit der zusätzlichen Einheit (24) verbunden ist, sowie Mitteln zur alternativen Positionierung des Heißkanalverteilers (26) zwischen einer ersten Position, in der der Heißkanalverteiler mit der Haupteinspritzeinheit (18) verbunden ist und einer zweiten Position, in der der Heißkanalverteiler (26) die Positionierung der Haupt-Einspritzeinheit (18) nicht behindert, so daß, wenn der Heißkanalverteiler (26) in seiner ersten Position ist, das Haut-Material von der zusätzlichen Einheit (24) in die Haupt-Einspritzeinheit (18) gefördert werden kann.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß separate Speichermittel zur Aufnahme einer Menge von Haut-Material und zum Einspritzen des Haut-Materials in die Formkavität (12) vorgesehen sind, nachdem die Haupt-Einspritzeinheit (18) den Einspritzvorgang in die Formkavität (12) abgeschlossen hat.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Speichermittel das Haut-Material direkt von der zusätzlichen Einheit (24) erhält.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Speichermittel das Haut-Material von dem Materialfluß erhält, der von der Haupt-Einspritzeinheit (18) in die Formkavität (12) verläuft.
  5. Vorrichtung zum Spritzgießen eines Kunststoffartikels in einer Formkavität (12), wobei der spritzgegossene Artikel eine Sandwich-Schicht-Konfiguration aufweist, die eine äußere Oberfläche eines Haut-Materials aufweist, das ein inneres Kern-Material umgibt, mit einer Haupt-Einspritzeinheit (18), die eine hin- und herbewegbare Förderschnecke zur Plastifizierung des Kern-Materials aufweist, einer zusätzlichen Einheit (24) zum Plastifizieren des Haut-Materials, einem Heißkanalverteiler (26), der mit der zusätzlichen Einheit (24) verbunden ist, einem Sammelraum (28), Mitteln zur Verbindung des Heißkanalverteilers (26) mit der Haupt-Einspritzeinheit (24) und dem Sammelraum (28) und Mitteln zur Verbindung der Haupt-Einspritzeinheit (24) und des Sammelraums (28) mit der Formkavität (12), so daß das Haut-Material von der zusätzlichen Einheit (24) zur Haupt-Einspritzeinheit (18) und dem Sammelraum (28) gefördert werden kann, und sowohl die Haupt-Einspritzeinheit (18) als auch der Sammelraum (28) Material in die Formkavität (12) einspritzen kann.
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